近日，浙江大学刘永锋教授-西安工业大学潘洪革教授合作团队的AMR述评文章“Metal Hydrides for Advanced Hydrogen/Lithium Storage and Ionic Conduction Applications”在线发表。文章总结了课题组在金属氢化物材料的氢/锂储存和离子传导等方面的研究，针对金属氢化物材料在不同领域的应用研究，从基本的工作机制出发，重点介绍其组成、结构和性能之间的关系；提出了金属氢化物材料面临的挑战和未来的发展趋势。作者希望本文能够帮助读者了解氢化物材料的发展现状，并对未来金属氢化物在储能领域的应用研究提供借鉴。

关键词：金属氢化物、配位氢化物、储氢材料、电极材料、固态电解质

金属氢化物作为一类能源应用相关的新型多功能材料，广泛应用于可充电池、氢储存、热储存和离子传导，热力学和动力学调控是改善金属氢化物氢/锂储存和离子电导应用的最关键途径。

As a class of multifunctional materials, metal hydrides with great potential for energy-related applications such as rechargeable batteries, hydrogen energy storage, thermal storage, and ion conduction are one of the core focuses in the current development of advanced energy materials. The manipulation of thermodynamics and kinetics is the most critical strategies for the improvement of hydrogen/lithium storage and ionic conduction applications.

1 文章内容简介

随着太阳能和风能等可再生能源技术的发展与应用，解决可再生能源的间歇性、波动性和地域分布不均匀性等问题，满足电力系统和能源系统的平衡和稳定，提高能源利用效率显得越来越重要。因此，开发具有高容量、高能量密度和高安全性的先进储能材料已成为物理、化学和材料科学领域的研究热点。金属氢化物作为一类多功能材料，在二次电池、储氢、储热、离子传导等能源相关领域有着巨大的应用潜力，是当前先进能源材料发展的核心热点之一。

在本文中，我们总结了课题组在金属氢化物材料的氢/锂储存和离子传导等方面的研究，针对不同的服役环境和性能要求，结合各类金属氢化物的特性，我们开展了一系列材料热力学和动力学调控研究。首先，在镍氢电池（Ni/MH）方面，通过成分优化，开发了La-Mg-Ni-Co-Mn-Al和Ti-Zr-V-Mn-Cr-Ni两种系列的储氢合金，作为镍氢电池阳极材料，展现出优异电化学性能。其中，La_0.7Mg_0.3Ni_2.45Mn_0.1Co_0.75Al_0.2和Ti_0.8Zr_0.2(V_0.533Mn_0.107Cr_0.16Ni_0.2)₄合金的最大放电容量分别为370 mAh g^-1和412 mAh g^-1，比商用AB₅型合金高20%以上。在固态储氢应用方面，针对轻金属氢化物吸放氢反应温度高、可逆性差等问题，通过添加催化剂和构建材料纳米结构，大幅度降低了MgH₂、NaAlH₄、Mg(AlH₄)₂、LiBH₄和Li-Mg-N-H等轻金属氢化物的储氢操作温度，显著提高了可逆性。其中，利用超声化学合成技术，设计合成了无负载MgH₂纳米颗粒(4-5 nm)，首次实现MgH₂纳米颗粒30°C可逆储氢6.7 wt%的突破。在锂离子电池电极材料应用方面，我们提出了氢化物驱动的金属硅化物和硫化物可控制备技术，利用碱金属或碱土金属氢化物代替金属单质，与Si和S反应制备金属化合物，利用氢化物分解引发的氢驱动效应，在较低的温度下成功合成了一系列金属硅化物和硫化物电极材料，并系统研究了材料的储锂行为。相关成果为锂离子电池电极材料设计制备，提供一种硅基负极材料化学预锂化新方法。在全固态电解质材料应用方面，通过与其他锂离子导体进行反应复合，成功将LiBH₄基固态电解质的室温离子电导率提升至10^-3 S cm^-1数量级，能够媲美传统的有机液态电解质。改性后的LiBH₄基固态电解质展现出优异的稳定性，表现出较好的实际应用潜力。

针对金属氢化物材料在不同领域的应用研究，我们从基本的工作机制出发，重点介绍其组成、结构和性能之间的关系。在文章的最后，我们通过总结相关的研究结果与经验，讨论提出了金属氢化物材料面临的挑战和未来的发展趋势。我们希望本文能够帮助读者了解氢化物材料的发展现状，并对未来金属氢化物在储能领域的应用研究提供借鉴。

2 AMR：请问您选择该领域的初心是？

作者团队：

随着人类对能源需求的不断增长，可再生能源技术在全球范围内受到广泛关注，为了确保可再生能源技术健康、稳定、可持续发展，能源存储技术显得尤为重要，而储能材料作为未来能源储存技术的重要支柱，其发展前景广阔。金属氢化物材料在二次电池、储氢、储热、离子传导等方面优势显著，在动力电池技术和移动式储氢技术等领域有广阔的应用前景，因此我们以材料应用为导向，结合金属氢化物材料的特性，开展系统的性能调控研究，希望为能源存储面临的难题提供有效的解决方案。

3 AMR：请和大家分享一下这个领域可能会出现的研究机会！

作者团队：

轻金属氢化物材料在储氢领域和全固态锂离子电池领域均有广阔的应用前景。但轻金属氢化物反应活性高、水氧敏感度高、在真空和高电压等环境下容易分解，因此，常用的微观表征技术难以应用，这使得一些机理方面的研究无法深入，材料的微观反应过程难以观察。随着各类样品保护装置和原位表征技术的发展，未来借助先进的原位表征技术，深入原子/分子层面观察材料的微观储氢/储锂过程，揭示电子结构、缺陷结构、材料粒径、表面配位等对材料吸/放氢反应和锂离子传导过程的影响机制，将是本领域研究人员的重点关注内容。

4 AMR：您有什么科研心得想分享给读者们？

作者团队：

在科研道路上，我们不要惧怕失败，要坚持下去，不要轻言放弃。每一位科研人员都经历过无数次失败和实验结果的不如人意，这些失败促使我们反思，并找出问题的所在，可以说每一次失败都是一次宝贵的学习机会，也是一次突破自己，寻求新发现的机会。通过分析失败的实验，可能会探索到新的反应，新的机理，新的现象等等，这对于获得突破性的成果是至关重要的。此外，通过总结失败的原因，我们还能更加深入的理解自己的研究内容，发现实验设计和操作技术方面的短板，不断更新完善，改革创新，最终都将促使我们获得成功。

作者团队简介

刘永锋教授，浙江大学求是特聘教授，博士生导师，国家重点研发计划项目负责人。国家杰出青年基金获得者，国家优秀青年基金获得者，浙江省杰出青年基金获得者，入选教育部青年长江学者。现任浙江大学金属材料研究所所长，兼任中国可再生能源学会青年工作委员会副主任委员，中国能源学会专家委员会委员，中国稀土学会固体科学与新材料专业委员会委员，浙江省材料研究学会理事，杭州市能源学会常务理事。研究方向为先进储能材料，主要围绕储氢材料和锂离子电池关键材料的设计、合成、表征和性能调控开展研究。在Nat. Commun.、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Energy Environ. Sci.等期刊发表论文270余篇，引用总计11000余次，H因子为57。作为负责人主持来自国家基金委、科技部、教育部、浙江省科技厅等科研项目近30项，获授权发明专利59件（其中美国、日本专利3件）。获浙江省自然科学奖一等奖（2/5），爱思唯尔中国高被引学者（2014-），杭州市青年科技奖。

潘洪革教授，西安工业大学能源科学与技术研究院教授，浙江大学兼任教授，能源材料专家，教育部长江学者特聘教授、国家杰出青年基金获得者、国家科技创新领军人才、国务院政府特殊津贴获得者，“十四五”国家电动汽车重大专项首席科学家，国际学术期刊Journal of Alloys and Compounds主编，主要研究领域为氢能和锂（钠）离子电池，在Nat. Catal.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、 Angew. Chem. Int. Ed.、Energy Environ. Sci.、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.等国际学术期刊上发表SCI收录论文500余篇，发表的论文被引用20000余次，H-index值为70，获授权中国发明专利60余项，其中美国和日本-专利各1项，出版著作1本，相关成果分别获2019年浙江省自然科学奖一等奖和2023年陕西省自然科学奖一等奖。

高明霞教授，浙江大学材料科学与工程学院教授，博士生导师。研究领域包括：锂离子电池正/负极材料；锂硫电池电极材料；轻金属化合物储氢材料；储氢电极合金；陶瓷基复合材料等。兼任浙江省复合材料学会理事、浙江省女科技工作者协会理事和国际学术期刊Materials Today Catalysis责任编辑（Managing Editor）。在2001-2005间多次在葡萄牙Aveiro大学学术访问，参加中国－葡萄牙政府间合作项目研究。作为项目负责人承担了包括国家自然科学基金和国家重点研发计划课题在内的国家级、省部级及来自企业的科研项目近30项。在Energy Environ. Sci.、Adv. Funct. Mater.、J. Mater. Chem. A等学术期刊发表SCI论文300余篇，发表论文被SCI引用12000余次，论文H因子为60。授权国家发明专利60余件（实施转让9件），美国和日本PCT专利各一件。获浙江省自然科学奖一等奖（2019，3/5），陕西省自然科学奖一等奖（2023，3/5）和浙江省高校优秀科研成果一等奖（2011，3/5)等学术奖励和浙江省教育系统事业家庭兼顾型先进个人（2015年）等荣誉。

张欣副研究员，浙江大学材料学院特聘副研究员，硕士生导师。自2011年以来一直从事新型固态材料的储氢/储锂研究，主要内容包括：固态电解质成分调控与界面改性、固态电池正负极材料设计合成、轻金属氢化物纳米结构构筑和高效纳米催化剂设计制备等。主持国家自然科学基金青年科学基金项目1项，参与重点研发计划子课题2项，在Energy Environ. Sci.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Nano Energy、Energy Storage Mater.等知名学术期刊上发表论文50余篇，获授权发明专利7项。

娄子晨，2022年毕业于中国矿业大学，获工学学士学位。现为浙江大学材料学院博士研究生，师从刘永锋教授。主要研究方向为轻金属氢化物储氢材料。

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Metal Hydrides for Advanced Hydrogen/Lithium Storage and Ionic Conduction Applications

Xin Zhang, Zichen Lou, Mingxia Gao, Hongge Pan*, and Yongfeng Liu*

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.3c00267

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